Теплообмен в ограниченном пространстве
Сложный теплообмен
Обычно все три процесса передачи теплоты происходят одновременно. Их разделение при изучении курса теплопередачи носит методический характер. В практических расчетах разделение суммарного процесса переноса теплоты на элементарные составляющие не всегда целесообразно.
Процесс теплообмена между стенкой и омывающей средой является результатом действия двух процессов: конвективного теплообмена и излучения. Такой процесс называется сложным теплообменом.
Количественной характеристикой процесса является общий или суммарный коэффициент теплоотдачи.
aобщ=aк+aл
Обозначив температуру стенки Tс температуру среды Tж можно записать:
,
где .
Если 0,9£Tж/Tс£1,1 выражение для Q можно привести к виду:
где тогда
.
Теплообмен в ограниченном пространстве
Рис. 2. |
Этот вид теплообмена называют также передачей теплоты через жидкостные (газовые) прослойки. Наиболее характерным примером свободной конвекции в ограниченном пространстве является передача теплоты через воздушную прослойку между стеклами двойных рам. В зимнее время у внутреннего нагретого стекла возникает восходящий поток, у наружного холодного - нисходящий.
Рис. 1. |
Если расстояние между стеклами велико, то потоки не взаимодействуют и между ними существует зона неподвижной среды. Это случай свободной конвекции в неограниченном пространстве (рис.1).
При уменьшении расстояния d восходящий и нисходящий потоки начинают взаимодействовать друг с другом и затормаживаться. Внутри прослойки образуется ряд замкнутых циркуляционных контуров (рис.2).
В этом случае раздельное определение коэффициентов теплоотдачи возле нагретого и холодного стекла становится невозможным.
В предельном случае при некотором малом расстоянии между стенками потоки полностью затормаживают друг друга, среда в прослойке становится неподвижной и передача теплоты осуществляется только теплопроводностью.
Тепловой поток в последнем случае можно рассчитать по формуле теплопроводности для плоской стенки.
,
где l - коэффициент теплопроводности среды.
Эта формула расчета может быть принята для больших значений d при условии, что в расчетную формулу будет внесена поправка, учитывающая конвективный перенос.
Эти формулы справедливы также и для горизонтальных щелей, где перенос теплоты зависит от взаимного расположения теплой и холодной поверхностей (рис.3).
Рис. 3.
В горизонтальных цилиндрических прослойках движение развивается в зоне, лежащей выше нижней образующей теплой поверхности (рис.4а) при нагреве среды и ниже верхней образующей холодной поверхности при охлаждении среды (рис.4б).
Для сферических прослоек характер теплообмена будет аналогичным.
Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 610;